CCD在光谱研究上的应用.PDFVIP

CCD 在光譜研究上的應用 物理專文 CCD在光譜研究上的應用 撰文　崔祥辰、劉志毅 2009 年諾貝爾物理學獎頒給三位在現代光學 工程上面有卓越貢獻的學者 ，其中一位是發明光纖 的高錕教授 (Charles K. Kao) ，而另外兩位是威拉 德·博伊爾 (Willard S. Boyle) 和喬治·史密斯 (George E. Smith) 發明電荷耦合元件 (CCD ，Charge-coupled Device) 。諾貝爾獎評審委員會認為 ，三人的發明有 助建立今日網路世界的基礎 ，為今日的日常生活創 立許多革新 ，也為科學的開拓上提供了有力的工具 [1] 。 本文將介紹CCD 元件在光譜學上的應用 。CCD 圖一　HOYA彩色濾波片的光譜 (http://www.hoyaoptics. com/color_filter/green.htm) 元件是數位影像感測器(digital image sensor) ，可以 有效地感測光訊號 ，並將影像轉變成數位信號 ，且 以數位方式被傳遞 、記錄與儲存在電腦或是記憶卡 orescence) 光譜等等 。舉一個簡單的例子 ，我們拿一 中。我們目前幾乎人手一台的數位相機 ，以及到處 個HOYA 彩色濾波片 [2] 為例 ，如圖一所示 。我們 可見的監視器就是CCD 元件常見的應用 。在光譜技 想要知道濾波片的效果 ，也就是穿透率隨著波長的 術的發展上 ，CCD 元件同樣扮演了非常重要的角色。 不同而改變的關係 。如果我們想要重新量測濾波片 光譜學(Spectroscopy) 研究光與物質的交互作用 ， 的光譜時 ，我們就需要有光譜儀 。我們利用一寬頻 例如吸收(Absorption) ，輻射 (Emission) ，螢光 (Flu- 譜光源 ，通過彩色濾波片 ，並利用色散元件 (Disper- 圖二　稜鏡光譜儀(Prism spectrograph) [3] 2010.2 / .tw / PHYSICS BIMONTHLY 9 圖三 (一)光 柵 光 譜 儀(Grating spectrograph) [3]； (二)光柵(Grating)示意圖 (/tu- torials/diffgratings.cfm) [5] （一） （二） sion elements) ，將不同波長的光投射在不同的位置 ， spectrograph) [3] ，如圖三( 一) 所示 。 紀錄在不同的位置的光強度 ，來反推出濾波片的光 多條平行細緻且等寬等距的狹縫刻畫在一平面鏡 譜 。這裡所指的色散元件 (Dispersion elements) ，常 上 ，形成一個光柵(Diffraction Grating) ，如圖三( 二) 見的有稜鏡(prism) 和光柵(grating) 等 。 所示 。常用的光柵通常標示為每厘米(mm) 中，有幾 光譜儀可以將不同波長的光投射在不同的位置 ， 百條狹縫到數千條狹縫 。並且分為透射式光柵與反 得到一個位置與波長間的函數 ，藉由CCD 量測出 射式光柵 。在圖三( 一) 中，光由光源(L) 出發 ，經